Nervenzellen mit Licht steuern

Ursachen von Angst und Depression verstehen

Angst und Depression sind weltweit mit die häufigsten psychischen Erkrankungen. Wie sie entstehen, könnten lichtaktivierbare Nervenzellen verraten.

Olivia Masseck (rechts) gibt ihr Wissen über optogenetische Methoden gern an Studierende weiter. (© RUB, Damian Gorczany)

Indem sie Nervenzellrezeptoren an lichtsensitive Pigmente aus der Netzhaut koppelt, erforscht Prof. Dr. Olivia Masseck die Ursachen für Angst und Depression. Seit mehr als 60 Jahren verfolgen Wissenschaftler die Hypothese, dass unter anderem ein veränderter Spiegel des Botenstoffs Serotonin für die Krankheiten verantwortlich ist. „Für uns ist es leider unglaublich schwer zu verstehen, wie das Serotoninsystem funktioniert", sagt Masseck, die seit Ende April 2016 die Juniorprofessur für Hochauflösende Fluoreszenzmikroskopie an der Ruhr-Universität Bochum (RUB) innehat.

Komplexes Serotoninsystem
Insgesamt 14 verschiedene Rezeptoren gibt es für den Botenstoff im Gehirn in unterschiedlichen Zelltypen. Das macht es kompliziert herauszufinden, welche Funktionen die verschiedenen Rezeptoren in den einzelnen Zelltypen haben. Koppelt man die Proteine jedoch an lichtempfindliche Pigmente, kann man sie mit Licht einer bestimmten Farbe gezielt an- und abschalten - mit hoher räumlicher und zeitlicher Präzision.

In einem Hirnschnitt misst Olivia Masseck die Aktivität von Nervenzellen, deren Rezeptoren sie durch Lichtstimulation anschaltet. Über eine Pipette führt sie einen roten Farbstoff zu, den die gemessenen Zellen aufnehmen; so werden sie im Hirnschnitt sichtbar. (© RUB, Damian Gorczany)

Das Wissenschaftsmagazin Rubin der RUB berichtet, wie Olivia Masseck mit dieser Methode - Optogenetik genannt - arbeitet. Sie charakterisiert zum Beispiel die Eigenschaften verschiedener lichtsensitiver Proteine und identifiziert diejenigen, die sich am besten als optogenetische Werkzeuge eignen. Ausgiebig untersuchte sie bereits mehrere lichtempfindliche Varianten der Serotoninrezeptoren 5-HT1A und 5-HT2C. In mehreren Studien zeigte sie mit ihren Kooperationspartnern, dass beide dieser Rezeptoren das Angstverhalten von Mäusen kontrollieren können.

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Echtzeit-Serotoninsensor geplant
Um das Serotoninsystem noch detaillierter unter die Lupe zu nehmen, entwickelt die Forscherin derzeit einen Sensor, der die vorhandene Menge des Botenstoffs in Echtzeit anzeigen soll. Eine Idee ist, eine abgewandelte Form eines grün fluoreszierenden Proteins in einen Serotoninrezeptor zu integrieren.

Das Bakterium E. Coli wird im Labor genutzt, um DNA zu vervielfältigen. Diese Kolonien besitzen eine Gensequenz, die den Bauplan für einen Serotoninsensor enthält. (© RUB, Damian Gorczany)

Dieses Protein leuchtet nur dann grün, wenn es in einer bestimmten räumlichen Struktur vorliegt. Wenn ein Serotoninmolekül an einen Rezeptor bindet, ändert dieser seine dreidimensionale Konformation. Ziel ist es, das fluoreszierende Protein so in den Rezeptor einzubauen, dass sich seine räumliche Struktur gemeinsam mit der des Rezeptors ändert, wenn ein Serotoninmolekül bindet - und zwar so, dass das Protein anfängt zu leuchten.

Ausführlicher Beitrag im Wissenschaftsmagazin der RUB
Das Wissenschafsmagazin Rubin berichtet ausführlich über die Arbeit von Olivia Masseck unter http://rubin.rub.de/de/nervenzellen-mit-licht-steuern.

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